新疆石河子市某养老院居室夏季热舒适性的调查研究

吴梦云，姜曙光，代金，徐鑫

(石河子大学水利建筑工程学院，新疆 石河子 832003)

2017年石河子户籍人口中60岁及以上的老年人口为14.4万人,占户籍人口总数的21.3%[1]，是新疆地区老龄化程度最高的城市。随着老龄化程度的不断加剧，石河子对养老机构的需求也在日益增大。居室热环境状况是影响老年人身体健康的一个重要因素，对当前养老机构中居室的热环境进行调查评估就显得尤为重要。

老年人新陈代谢缓慢，行为迟缓，一天中有较长时间处于静坐或者静卧的状态，并且对外界的温差调节能力较弱，对温度的耐受范围也有异于年轻人[2]。姚新玲通过对上海8家机构养老设施的109位老人进行现场调查，得到身体健康状况会在一定程度影响老年人的热感觉[3]；刘红在重庆市对自然通风条件下的机构养老设施进行现场测试，得出夏季热环境中老年人的热感觉可接受温度上限偏高，并且对夏季热环境的投票值总体偏低[4]；宋丽从“地域性”和“适老性”出发，针对重庆地区养老机构分别从建筑空间布局、围护结构设计、资源综合利用、建筑物理环境、室内空间优化设计五个层面进行了提出绿色建筑设计策略[5]；于雷则针对豫北地区农村改建型养老建筑从老年人居住意愿调查入手，提出了适宜该地区的绿色设计策略[6]。

针对不同气候的不同区域，对养老设施室内环境的改善措施也大有不同，而就目前研究而言，对新疆地区养老设施的舒适性研究几乎没有。石河子地区属于严寒地区，半年的采暖期内通常采用集中供暖，老人居室温度相对其他季节趋于稳定，变化不大，并且在炎热的夏季老年群体通常不喜欢开空调，主要靠自然通风降温，室温会因为朝向不同、楼层不同和居住人数不同而发生变化。本文研究以石河子市一典型的内廊式组合的天健养老院为研究对象，通过问卷调查和现场测试的方法，对老年人居室热环境分析，为该地区养老院建筑设计提供参考。

1 研究方法

现场调查时间集中于2018年7月23日至2018年8月6日，通过对室内热环境的参数测试和对老年人的问卷调查，分析机构养老居室在最热月的状况，以及老年人对室内热环境的主观评价和热适应能力。

1.1 问卷调查

人体对于环境是否舒适的感受是无法用仪器测量的，只能通过问卷调查得知，在编制问卷调查时参照美国采暖、制冷与空调工程师学会ASHRAE Standard 55—2013[8]的热环境满意度调查问卷和《民用建筑室内热湿环境评价标准》[9]的湿热环境调查问卷，并结合养老院老年人特点进行相应调整，问卷调查对象包括自理、借助和全护老人,问卷调查内容主要如下：(1)基本资料，包括调查对象性别、年龄、在石河子居住时间、代谢率、服装热阻等，以及空调的使用状况；(2)老年人的热感觉，采用ASHRAE7点标度(-3冷，-2凉，-1稍冷，0不冷不热，1稍暖，2暖，3热)表示；(3)老年人常采用的改善室内热环境的措施，如加减衣服、开关门窗、晒太阳等[10]。

1.2 现场热环境参数测试

现场热环境测试主要针对位于石河子市22#小区的天健养老院1#楼，该养老院是一所医养结合的大型养老院，1#楼于2011年11月竣工，共5层，平面呈L型，内廊式组合，建筑面积5773 m2，养老床位300张，居室以2至3人间为主，尺寸为3.9 m×6.8 m；个别居室为5人间，尺寸为7.8 m×6.8 m，层高均为3.3 m。

1.3 测试方法

参数测试方法按民用建筑室内湿热环境评价标准(GB/T 50785—2012)要求进行测试，测试仪器主要采用TR001热温湿度自记仪、Vantage Pro2室外气象站，所使用的主要测试仪器及技术参数见表1。对室内、外温湿度、太阳辐射照度进行自动监测，数据每10 min 自动记录1次。采用短期连续的测试方法于2018年7月23日至2018年8月6日进行测试，测试期间均为晴朗天气。

表1 测试仪器及其技术参数Tab.1 Test instruments and technical parameters

测试过程中，根据养老院的居住环境，测点以居住单元为主，依据具体环境条件和居住老人的配合程度，选取其他条件相同而楼层和方位以及户型不同的居室，具体测点布置如图1至4。因为北侧没有五层，故北侧顶层房间在四层平面，即四层平面设有一个测点。

测试期间平均空气流速较小，受试者在测试期间内分别呈静卧或静坐休息状态及站立状态[11]。

测试期间室外平均温度及平均湿度如图5所示。

图1 天健养老院一层平面图(测点布置■)Fig.1 Floor plan of Tianjian Nursing Home

图2 天健养老院三层平面图(测点布置■)Fig.2 Three-story Floor Plan of Tianjian Nursing Home

图3 天健养老院四层平面图(测点布置■)Fig.3 Four-story Floor Plan of Tianjian Nursing Home

图4 天健养老院五层平面图(测点布置■)Fig.4 Five-story Floor Plan of Tianjian Nursing Home

图5 测试期间室外平均温度及平均湿度变化图Fig.5 Outdoor average temperature and average humidity change chart during the test

图6 实测平均热感觉与室内平均温度的回归曲线Fig.6 Regression curve of measured average thermal sensation and indoor temperature

2 结果与分析

2.1 现场调查统计分析

2.1.1 基本信息

对天健养老院中居住的100位老人进行问卷调查，共计得到93份有效问卷。受试者的平均年龄78.8岁，其中男性37人，女性56人，所调查养老院的性别和年龄分布如表2，入住养老院的时间从半年到6年不等。受试者夏季通常采用的降温方式主要以电扇和自然通风为主，在选择自然通风环境和空调环境时，91.3%的老人选择自然通风，5.4%的老人希望结合使用，3.3%的老人表示两者均可。

表2 所调查养老院老年人的性别和年龄分布Tab.2 Gender and age distribution of elderly people surveyed in nursing homes

2.1.2 MTS模型

建筑环境热舒适性评价始于19世纪初，自1919年美国采暖通风工程师学会开创了稳态热舒适研究的先河[12]，Fanger教授在实验室所得数据基础上，以人体热平衡方程式和美国采暖制冷和空气调节工程师协会七点标度为出发点，得到的预计评价热感觉指数至今仍被广泛应用[13]。但随着现场测试的开展和热舒适研究的深入，稳态热环境中评价指标的局限性开始显现，尤其在自然通风建筑中或偏离热中性温度的环境中，PMV模型预测的热感觉与实测值存在一定偏差[14]。针对以上问题，本文研究在现场测试的数据基础上，建立基于现场实测的平均热感觉投票MTS模型。

采用温度频率法，将室内温度以0.5 ℃为一个间隔分为若干个温度区间。以每一温度区间内的平均室内温度为自变量，以受试者在每一温度区间内填写的热感觉投票的加权平均值为因变量，得到实测平均热感觉与室内温度的回归曲线，如图6所示。根据PMV模型，平均热感觉投票为0时对应室内热中性温度[15],由回归方程可知，石河子天健养老院夏季室内基于老年人生理、心理特征和行为习惯的实测热中性温度为29.21 ℃，90%老年人可接受的热舒适温度范围为24.09～31.14 ℃。

2.2 现场热环境参数测试分析

2.2.1 同朝向不同楼层居室的温湿度分析

对东、西、南、北四个朝向的一层、三层及五层的居室进行温湿度的测试，分析结果如图7至10。

由图7至10可知：

(1)综合东南西北4个朝向居室的平均温度，室内温度6：00左右达到最低，底层27.5 ℃，中间层比底层高2 ℃，而顶层则比中间层高出1 ℃，而高温在18：00左右达到顶峰，随后开始逐渐下降。湿度则与温度呈相反的趋势，底层由于周围有植被的原因，湿度会比其它层数高2%～10%不等，这也和居室内受太阳辐射时间长短的原因有关。

(2)在同一方位、同一户型、测点均相同的不同楼层的居室中，底层平均温度在28 ℃左右，中间层则比底层高2 ℃，顶层则比中间层高1 ℃，湿度则呈相反的趋势，由于北边无太阳辐射，3个楼层湿度变化不大。舒适性底层比顶层和中间层高。这是因为底层由于建筑物遮挡以及室外绿化对室内风速及温度的影响，使其室内温度较低，相对比较舒适。因此，底层居室仅靠自然通风等措施也能满足相应的舒适度要求，而顶层和中间层则需空调适当降温才能满足舒适度要求。

(3)在热舒适性方面，根据计算结果再对比实测数据可知：东、西、南、北4个朝向的居室室内温度由于时段不同，室内温度也有一定的差异，底层居室室内温度均在老年人可接受的热舒适温度范围内，中间层则有14.6%的时间达不到老年人可接受的热舒适温度，顶层则有41.7%的时间达不到老年人可接受的热舒适温度。

图7 东侧不同楼层居室温度与湿度变化图Fig.7 Room temperature and humidity change map on different floors on the east side

图8 西侧不同楼层居室温度与湿度变化图Fig.8 Room temperature and humidity change map on different floors on the west side

图9 南侧不同楼层居室温度与湿度变化图Fig.9 Room temperature and humidity change map on different floors on the south side

图10 北侧不同楼层居室温度与湿度变化图Fig.10 Room temperature and humidity change map on different floors on the north side

2.2.2 同楼层不同朝向居室的温湿度分析

将同一楼层同一户型但不同朝向的房间的室内温度进行对比分析，结果如图11至13所示。

由图11至13可知：

(1)测试期间室外温度为18.2～35.3 ℃，平均气温为26.9 ℃，室外空气相对湿度37%～85%。总得来说，由于太阳辐射和空气温度的综合作用，南北向的居室温度变化与室外温度变化趋势相似，而朝东的居室不论是顶层、中间层还是底层，在10：00左右温度比其他朝向的温度都高；朝西的居室在18：00左右达到最高温度32 ℃左右。

(2)就舒适度而言，4个朝向的室温在不同时间段温度变化也不同，东面达不到老年人可接受的热舒适温度在一天中的占比为22.9%，主要集中在9：00—14：00；西面占比为20.8%，集中在15：00—19：00；南面占比为39.6%,集中在10：00—17：00；北面占比为12.5%，集中在14：00—17：00。

图11 底层不同朝向居室温湿度变化图Fig.11 The different orientations and changes in room temperature humidityofbottom layer

图12 中间层不同朝向居室温湿度变化图Fig.12 The different orientations and changes in room temperature humidityofintermediatelayer

图13 顶层不同朝向居室温湿度变化图Fig.13 The different orientations and changes in room temperature humidityoftoplayer

2.2.3 同楼层同朝向不同大小居室的温湿度分析

同一楼层同一朝向的不同人数居室夏季室内热环境也存在一定差异。分别对三楼南向和北向的两人间和五人间进行实测，两人间人均居住面积为9.445 m2，而五人间人均居住面积为8.896 m2。结果(图14)显示：从室内温度变化的整体趋势来看，五人间的室内温度始终高于两人间的室内温度，存在1 ℃左右的温差，但湿度变化不大。其原因主要是五人间一般都住介护老人，并且住的人比较多，护理人员出入比两人间多，同时，室内空气流速慢，通风效果不好，也是导致室内温度偏高的原因。

图14 不同大小居室温度与湿度变化图Fig.14 Different room temperature and humidity changes

3 结论

在本文研究测试中，由于建筑朝向和居室所在的楼层、户型等不同而形成的温湿度的不同，对受试者的热舒适性产生了不同的影响。通过对上述实验数据的分析，得出以下结论：

(1)养老院老年人在夏季采取的降温方式主要以自然通风和电扇为主，空调为辅。测试期间室内平均温度29.1 ℃，平均相对湿度41.5%，环境较热，但居住于此的老年人在偏离热中性温度的环境中体现出较强的适应能力。

(2)天健养老院室内实测中性温度为29.21 ℃，实测90%可接受的热舒适温度范围为24.09 ℃～31.14 ℃，在室内环境的满意程度方面，超过85%的老年人表示可接受、甚至满意。

(3)养老院不同楼层、朝向以及大小对建筑室内环境都有一定的影响，在朝向相同时，底层居室室内温度均在老年人可接受的热舒适温度范围内，中间层和顶层达不到老年人可接受的热舒适温度范围的占比分别为14.6%和41,7%；东西南北4个朝向的居室达不到老年人可接受的热舒适温度范围的占比分别22.9%、20.8%、39.6%和12.5%；室内温度会因人均居住面积的增大而降低。

4 建议

根据上述结论，本文提出以下改善养老院居室热环境的建议：

(1)在养老院建筑设计时，宜考虑将顶层层高增加300 mm左右，提高顶层居住老人的热舒适度；

(2)在养老院东、西、南三侧居室的外窗上，安装仅在夏季使用的可伸缩活动遮阳罩；

(3)炎热的夏季，在室外活动场地安置若干大型活动遮阳伞，既减少大片硬化场地带来的热岛效应，还能为老年人提供遮荫纳凉的休息场所。